工 业 用 钢学习.pptx

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1、第六章 工业用钢钢的分类与编号钢中杂质与合金元素结构钢工具钢特殊性能钢工业用钢第1页/共60页第一节第一节 钢的分类与编号钢的分类与编号1.1.钢的分类按化学成分合金钢碳素钢低碳钢中碳钢高碳钢低合金钢（合金元素总量5%5%）中合金钢（合金元素总量为5%-10%5%-10%）高合金钢（合金元素总量10%10%）（C%C%0.250.25）（0.25 C%0.60.25 C%0.6）（C%C%0.60.6）合金钢在压力加工、切削加工、焊接工艺性等方面比碳钢稍差，且成本较高第2页/共60页4 4）不具备特殊的物理化学性能碳钢在工程上的应用有以下几方面的局限性1 1）强度指标偏低导致机器设备笨重2 2

2、）淬透性较低对大截面零件难获得高而均匀的力学性能3 3）高温强度低、热硬性差高碳刃具钢只能用于很低的切削速度碳钢淬火后的使用温度不能高于250250碳钢在抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨等方面较差 碳钢冶炼工艺简单、易加工、价格低廉，能满足工业生产上的一般需求，因此应用广泛第3页/共60页按质量分类普通质量钢优质钢特级优质钢钢的质量是以磷、硫的含量来划分的按冶炼方法分类平炉钢转炉钢电炉钢根据冶炼所用炼钢炉不同第4页/共60页按金相组织分类按退火组织分类亚共析钢共析钢过共析钢按正火组织分类珠光体钢贝氏体钢铁素体钢奥氏体钢莱氏体钢按用途分类特殊性能钢工程用钢机器用钢模具钢刃具钢量具钢不锈钢耐热钢结构钢工

3、具钢第5页/共60页2.2.钢的编号1 1）钢铁产品牌号表示方法采用汉语拼音字母、化学元素和阿拉伯数字相组合一般从代表产品名称的汉字 碳素结构钢和低合金高强度结构钢“Q”+“Q”+屈服点数值+表6-26-2中规定的质量等级、脱氧方法等符号表示，按顺序组成牌号例：Q235AFQ235AF、Q235BZQ235BZ质量等级从A-ZA-Z，硫、磷含量降低，质量提高 优质碳素结构钢优质碳素结构钢的牌号以两个数字表示，这两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。第6页/共60页 优质碳素结构钢例：4545、50Mn50Mn 合金结构钢和合金弹簧钢两位数字+带有百分含量数字的合金元素符号组成表示平均含碳量的万

4、分之几例：30CrMoSi30CrMoSi、20CrNi320CrNi3平均含量小于1.5%1.5%时，不标含量平均含量为2.5%-3.49%2.5%-3.49%时，标3 3高级优质钢在牌号后加字母A A：38CrMnSiA38CrMnSiA特级优质钢在牌号后加字母E E：30CrMnSiE30CrMnSiE第7页/共60页 工具钢A.A.碳素工具钢碳素工具钢“T”+“T”+数字例：T9T9、T10AT10AA A表示高级优质钢B.B.合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢与合金结构钢相同，但一般不标明含碳量数字例：Cr12MoVCr12MoV、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2平

5、均含碳量为1.6%1.6%平均含碳量为0.85%0.85%轴承钢“G”+Cr+“G”+Cr+数字含铬量的千分之几平均含碳量为0.9%0.9%第8页/共60页 不锈钢和耐热钢数字 +合金元素符号 +数字平均含碳量的千分之几含合金元素的百分之几例：11Cr1711Cr17 铸 钢“ZG”+“ZG”+数字 +数字最低屈服强度最低抗拉强度第9页/共60页焦炭铁矿石石灰石高 炉 炼 铁炼 钢 生 铁炼 钢铸 钢 锭铸造生铁铸造轧制各种型材锻件锻造铸钢冷冲压热处理切削加工机 械 产 品锻造冶炼厂机械厂钢铁生产加工过程概略图第10页/共60页第二节第二节 钢中杂质与合金元素钢中杂质与合金元素一、钢中常存杂质

6、对性能的影响钢中常存杂质元素主要是指锰、硅、硫、磷及氮、氢、氧等1 1）硅和锰的影响有益元素溶于铁素体中固溶强化提高钢的强度和硬度含量应分别控制在0.5%0.5%和0.8%0.8%以下2 2）硫和磷的影响有害元素硫在钢中以FeSFeS的形式存在，使钢变脆，产生热脆性。控制在0.050.05以下，MnSMnS对断屑有利磷可溶于铁素体中，使钢的强度、硬度显著增加但使钢脆化，产生冷脆性冷脆对高寒地带和其他低温下工作的钢结构具有严重的危害性在炼钢过程中加入硅铁和锰铁脱氧来源于矿石、燃料等炼钢原料第11页/共60页二、合金元素在钢中的作用1.1.合金元素对钢中基本相的影响溶于铁素体，起固溶强化的作用 合

7、金元素溶于铁素体中造成晶格畸变，提高塑变抗力，强度和硬度提高。铁素体和渗碳体是碳钢中的两个基本相与碳亲和力弱的非碳化物形成元素，如镍、硅、铝、钴等形成碳化物形成碳化物与碳亲和力强的碳化物形成元素，如锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等 合金元素与碳的亲和力越大，所形成化合物的稳定性、熔点、分解温度、硬度、耐磨性越高第12页/共60页2.2.合金元素对铁碳相图的影响对奥氏体相区的影响 扩大奥氏体区域扩大奥氏体区域的元素有镍、锰、碳、氮等，这些元素使A A1 1和A A3 3温度降低，从而使奥氏体区域扩大 对ZGMnl3ZGMnl3耐磨钢和1Crl8Ni91Crl8Ni9不锈钢由于有很高的MnMn或N

8、iNi含量，其S S点就能降到零点以下，在常温下仍能保持奥氏体状态，称为奥氏体钢第13页/共60页 缩小奥氏体区域 缩小奥氏体区域的元素有铬、铝、硅、钨等，使A A1 1和A A3 3温度升高，使奥氏体区域缩小A A1 1和A A3 3温度升高钢的淬火温度相应地提高 当CrCr1313时，奥氏体区域消失，在室温下得到单相铁素体，称为铁素体钢第14页/共60页3.3.合金元素对钢中相变过程的影响对钢加热时奥氏体化过程的影响 对奥氏体形成速度的影响大多数合金元素（除镍、钴以外）都减缓钢的奥氏体化过程合金钢在热处理时要相应地提高加热温度或延长加热时间，才能保证奥氏体化过程的充分进行 对奥氏体晶粒长大

9、倾向的影响合金元素与碳和氮的亲和力越大阻碍奥氏体晶粒长大的作用越强烈MnMn、P P对奥氏体晶粒的长大起着促进作用，因而含锰钢加热时应严格控制加热温度和保温时间使得合金钢多为本质细晶粒钢第15页/共60页对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响 对C曲线和淬透性的影响除CoCo外，凡溶入奥氏体的合金均使C C曲线右移钢的临界冷却速度下降淬透性提高淬火冷却速度降低减少零件的淬火变形和开裂倾向 对Ms和Mf的影响除CoCo、AlAl外，凡溶入奥氏体的合金都使MsMs和MfMf下降钢在淬火后的残余奥氏体量增加第16页/共60页对淬火钢回火转变过程的影响 提高耐回火性耐回火性淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的

10、能力合金元素阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大过程回火时的硬度降低过程变缓提高钢的耐回火性 产生二次硬化 含有高W W、MoMo、CrCr、V V等元素的钢在淬火后回火加热时，由于析出细小弥散的这些元素碳化物以及回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度不仅不下降，反而升高的现象称为二次硬化 二次硬化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的 防止第二类回火脆性在高温下保持高硬度的能力第17页/共60页第三节第三节 结结 构构 钢钢结构钢机器用钢工程用钢碳素结构钢低合金高强度结构钢优质碳素结构钢合金结构钢用于各种工程结构冶炼简便、成本低，一般不进行热处理第18页/共60页一、碳素结构钢Q -Q -

11、1.1.牌 号质量等级A A、B B、C C、D D；脱氧方式F F表示沸腾钢；b b表示半镇静钢；Z Z表示镇静钢；TZTZ表示特殊镇静钢例：Q 235-A.FQ 235-A.F2.2.使用状态和热处理一般不经热处理，而在钢厂供应状态（轧制状态）下直接使用保证力学性能简称普碳钢屈服强度屈服强度值质量等级和脱氧方式碳素结构钢屈服强度235MPa235MPa质量级别为A A的沸腾钢3.3.用 途钢结构件、焊接和扳金机械结构件含碳量低（0.06%-0.38%），硫、磷高第19页/共60页二、优质碳素结构钢1.1.牌 号渗碳钢，渗碳+淬火+低温回火，外强内韧调质钢，调质处理，优良的综合力学性能弹簧钢

12、，淬火+中温回火，具有高的弹性极限冷冲压钢，冷冲压件，塑性和韧性高含碳量的万分之几2.2.用 途冷冲压钢，冷冲压件、仪器外壳等渗碳钢：耐磨并承受冲击的齿轮、销轴08F08F10-2510-2535-5535-5560-7060-7008F08F10-2510-25同时保证化学成分和力学性能含碳量0.08%0.08%第20页/共60页第21页/共60页汽车和拖拉机的曲轴和连杆、机床主轴、齿轮和其他受力不大的轴类零件，4545应用最广尺寸较小的（小于12-15mm)12-15mm)弹簧和钢丝绳60-7060-7035-5535-55第22页/共60页三、低合金高强度结构钢1.1.性能特点1 1）强

13、度高于碳素结构钢，可降低结构自重、节约钢材；2 2）具有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能；3 3）具有良好的耐蚀性和低的冷脆转变温度。在碳素结构钢的基础上，加入少量的合金元素发展起来的2.2.成份特点1 1）低碳：含碳量0.2%0.2%2 2）低和金：主加元素为锰对铁素体具有明显的固溶强化作用降低钢的冷脆转变温度，增加组织中的珠光体，提高强度第23页/共60页3.3.热处理特点在热轧状态下使用，组织为铁素体加珠光体5.5.典型钢种及用途广泛用于石油化工设备、船舶、桥梁、车辆等大型钢结构中 Q345 Q345是应用最广、用量最大的低合金高强度结构钢Q -Q -4.4.牌 号屈服强度屈服强度值27

14、5MPa275MPa质量等级和脱氧方式第24页/共60页四、渗碳钢1.1.成分含碳量0.10-0.250.10-0.25的合金钢，主要加入能提高淬透性的MnMn、CrCr、NiNi等元素2.2.性能特点经热处理后表硬里韧、耐磨性及抗疲劳性好预先热处理（正火）渗碳磨削下料锻造机加工淬火+低温回火3.3.渗碳件一般的工艺路线4.4.用 途 应用很广，主要用于制造渗碳零件，如变速齿轮、内燃机凸轮轴等各种表面耐磨件第25页/共60页5.5.常用的渗碳钢低淬透性渗碳钢15Cr15Cr、20Cr20Cr等，心部强度低，尺寸和载荷小的齿轮和滑块中淬透性渗碳钢 20CrMnTi 20CrMnTi、20CrMn

15、20CrMn等，心部强度较高，用于制造中等强度的耐磨零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、齿轮轴等；高淬透性渗碳钢 18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A等，淬透性很高。用来制造承受重载荷和强烈磨损的重要零件，如飞机、坦克中的曲轴及重要齿轮等第26页/共60页以20CrMnTi渗碳钢制造汽车变速齿轮为例 下料-毛坯锻造-正火-加工齿形-局部镀铜-渗碳(930)-(930)-预冷淬火(830)-(830)-低温回火(200)-(200)-喷丸-磨齿第27页/共60页第28页/共60页第29页/共60页五、调质钢调质件一般的工艺路线 在调质处理后使用的钢种，主要

16、用于制造受力复杂的汽车、拖拉机、机床及其他各种重要零件齿轮、连杆、螺栓、轴类件 性能要求良好的综合力学性能良好的淬透性 成分特点中碳：含碳量为0.25%-0.50%0.25%-0.50%主加合金元素为MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B B提高淬透性，强化铁素体基体精机加工下料锻造退火粗机加工调质第30页/共60页第31页/共60页 典型钢种低淬透性调质钢4545、40Cr40Cr用于制造尺寸较小的齿轮、轴、螺栓等中淬透性调质钢40CrNi40CrNi用于制造截面较大的零件，如曲轴、齿轮等高淬透性调质钢40CrNiMo40CrNiMo用于制造大截面、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空

17、发动机等第32页/共60页六、弹簧钢1.1.成分3.3.组 织含碳量在0.400.400.700.70的合金钢。主要加入元素是硅和锰，提高淬透性和屈强比2.2.热处理淬火+中温回火回火屈氏体4.4.热处理特点冷成形弹簧对于钢丝直径小于10mm10mm的弹簧，通过冷拔(或冷拉)、冷卷成型冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到250250300300，保温一段时间，从炉内取出空冷即可使用据尺寸和加工方法不同，分为热成形和冷成形弹簧两种第33页/共60页热成形弹簧5.5.典型钢种Si、Mn弹簧钢代表性钢种65Mn65Mn、60SiMn60SiMn，主要用于

18、制造较大截面的弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等Cr、V弹簧钢代表性钢种50CrV50CrV，主要用于大截面、大载荷、耐热的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等直径大于10-15mm10-15mm在高于淬火温度热卷成形淬火+中温回火(350500)(350500)回火屈氏体HRC40HRC404545高的屈服强度的条件下具有足够的韧性指标第34页/共60页第35页/共60页七、滚动轴承钢1.1.用 途主要用来制造滚动轴承的内外圈，滚动体等2.2.牌号GCr -GCr -CrCr的千分之几除CrCr外其它合金元素的元素符号3.3.化学成分含碳量0.95-1.10%0.95-1.10%，含

19、铬量0.4-1.65%0.4-1.65%4.4.热处理及组织预先热处理球化退火最终热处理淬火+低温回火提高淬透性和回火稳定性第36页/共60页第37页/共60页5.5.使用状态下组织回火马氏体细小碳化物残余奥氏体6.6.典型钢种 应用最广的GCr15GCr15钢，大量用于制造中大型轴承，还可用于制造冷冲模、量具、丝锥等第38页/共60页八、耐磨钢1.1.用途2.2.化学成分3.3.热处理及组织指在冲击载荷作用下发生冲击硬化作用的高锰钢用于既承受严重磨损又承受强烈冲击的零件高的耐磨性和韧性高碳：含碳量为0.75%-1.45%0.75%-1.45%高锰：含锰量为11%-14%11%-14%保证高的

20、耐磨性保证形成单相奥氏体组织，获得良好的韧性由于加工困难，铸造后直接使用4.4.典型钢种 应用最广的GCr4GCr4，GCr15GCr15，GCr15SiMnGCr15SiMn钢第39页/共60页第四节第四节 工工 具具 钢钢工具钢是用来制造各种工具的钢种工具钢量具钢刃具钢模具钢第40页/共60页一、刃具钢1.1.性能要求用于制造各种金属切削刀具的钢种 高的硬度HRC HRC 6060 高耐磨性耐磨性取决于硬度、韧性和碳化物 高的热硬性钢在高温下保持高硬度的能力 足够的韧性和塑性以免刀具在使用过程中崩刃、折断2.2.常用刃具钢碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢第41页/共60页 碳素工具钢牌 号

21、TATA含碳千分之几AA：高级T7T7、T7AT7A、T8T8、T8AT8A、T13AT13A典型钢种热处理和组织预备热处理球化退火降低硬度便于切削加工组织为铁素体基体十细小均布的粒状渗碳体最终热处理淬火低温回火组织为回火马氏体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体第42页/共60页用 途冲头、凿子要选用T7T7、T8T8等车刀、钻头可选用T10T10精车刀、锉刀则选用T12,T13T12,T13优 点成本低，耐磨性和加工性较好，在受用工具和机用低速工具上广泛应用缺 点热硬性差，淬透性低，只适于制作尺寸不大、形状简单的低速刀具第43页/共60页 低合金工具钢牌 号热处理和组织 含碳量的千分之几，超过10

22、10不写含合金元素及含量 百分之几，平均小于1.5%1.5%不写 化学成分在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素，在保持高碳的同时，加入CrCr、MnMn、SiSi、W W、V V等合金元素提高淬透性提高耐磨性，并细化晶粒 预备热处理球化退火降低硬度便于切削加工加入了合金元素，钢的淬透性提高，采用油淬火第44页/共60页用 途优 点淬火后的硬度与碳素工具钢处于同一范围，但淬火变形小、开裂倾向小广泛用于制造形状复杂、要求变形小的低速切削刃具，如丝锥、板牙等，也常用作冷冲模典型钢种9SiCr9SiCr最终热处理淬火低温回火组织为回火马氏体十粒状渗碳体十少量残余奥氏体第45页/共60页以9SiCr9S

23、iCr钢制造圆板牙为例用于加工外螺纹的精细刃具制造工艺路线 下料球化退火机加工淬火低温回火磨平面抛槽开口热处理工艺中球化退火采用等温处理组织为粒状珠光体淬火低温回火工艺600600650650预热850850870870加热保温160160200200的硝盐中淬火190190200200低温回火降低残余应力，保留较高的硬度值第46页/共60页 高速工具钢牌 号加工和热处理化学成分WW制造高速切削刀具用钢合金元素，合金元素含量含碳量为0.7%-1.6%0.7%-1.6%形成足够量的碳化物主要加入的合金元素是CrCr、W W、MoMo、V V提高钢的耐回火性提高钢的热脆性细化晶粒高速钢的加工工艺路

24、线：下料锻造退火机加工淬火+回火喷砂磨削加工第47页/共60页1 1）锻造成形和改善组织的双重作用高速钢是莱氏体钢铸态组织为共晶组织2 2）退火球化退火索氏体+细颗粒状碳化物3 3）淬火获得高合金元素含量的马氏体隐针马氏体+颗粒状碳化物+较多的残余奥氏体61-63HRC61-63HRC4 4）回火减少残余奥氏体量，稳定组织，并产生二次硬化回火马氏体+细颗粒状碳化物+少量残余奥氏体降低硬度，便于切削加工第48页/共60页用 途主要用于制造高速切削刀具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等典型钢种W18Cr4VW18Cr4V特 点高速钢价格昂贵，为充分发挥其性能和节省材料，常采用焊接或镶拼高速钢刀头，如直径

25、大于10mm10mm的钻头，采用4545钢做刀柄第49页/共60页二、模具钢用于制造各种冷热模具的钢种模具钢冷作模具钢热作模具钢 冷作模具钢用于制造各种冷成型模具，如冷冲模、冷挤压模、冷墩模和拔丝模等 对性能的基本要求高的硬度和耐磨性较高的强度和韧性良好的工艺性第50页/共60页 冷作模具钢的类型1 1）碳素工具钢和低合金工具钢适用于尺寸小、形状简单、负荷不大的模具钢种有T8AT8A，T10AT10A，T12AT12A，Cr2Cr2，9Mn2V9Mn2V，9SiCr9SiCr，CrWMnCrWMn，Cr6WVCr6WV等优点价格便宜，加工性能好，满足模具的工作要求缺点这类钢的淬透性差，热处理变

26、形大，耐磨性较差，寿命较低2 2）耐冲击工具用钢 用于制造冶金、机械工业中剪切钢板或型材用的冷剪刀片和热剪刀片第51页/共60页钢种有4CrVSi4CrVSi、5CrVSi5CrVSi等 高碳高铬模具钢主要是指Crl2Crl2型冷作模具钢这类钢由于淬透性好，淬火变形小，耐磨性好，广泛地用于制造负荷大、尺寸大、形状复杂的模具常用牌号有Crl2Crl2，Crl2MoVCrl2MoV等第52页/共60页 热作模具钢用于制造各种使加热金属或液态金属成型的模具，如热锻模、热压模、热挤模和压铸模等 对性能的基本要求高温下良好的力学性能高的抗热疲劳性能高的淬透性和良好的导热性高的抗氧化性 钢 种热锻模钢压铸

27、模钢5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo截面300mm300mm模具截面400m400mm m3Cr2W8V3Cr2W8V第53页/共60页三、量具钢用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、快规、塞规及螺旋测微仪 对性能的基本要求高的硬度和耐磨性尺寸稳定性高，热处理变形小 量具用钢 一般非精密量具，可选碳素工具钢（T10AT10A、T12A)T12A)或低碳钢(15(15、20)20)对精密量具，选用CrWMnCrWMn、Cr2Cr2、GCr15GCr15钢等第54页/共60页 以CrWMnCrWMn钢制块规为例加工工艺路线下料锻造球化退火机械加工淬火深冷处理低温回火粗磨人

28、工失效精磨去应力处理研磨热处理特点1.1.深冷处理量具淬火后，应立即在-70-80-70-80进行深冷处理目的是尽可能减少钢中的残余奥氏体，稳定量具尺寸2.2.时效处理 对精度要求高的量具，经深冷处理在进行低温回火、粗磨之后，又要用低温时效处理，以进一步稳定残余奥氏体和消除残余应力第55页/共60页第五节第五节 特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢不锈钢耐热钢特殊性能钢第56页/共60页一、不锈钢在腐蚀性介质中具有抗腐蚀性能的钢 用 途主要在石油、化工、海洋开发、原子能、宇航、国防工业等领域用于制造在各种腐蚀介质中工作的零件和结构 性能要求耐蚀性 成分特点含碳量在0.0

29、3%-0.95%0.03%-0.95%含碳量越低耐蚀性越好合金元素CrCr、NiNi、MoMo提高耐蚀性获得单相奥氏体提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性第57页/共60页二、耐热钢指在高温下具有良好的抗氧化性和高温强度的专用钢 多用来制作在高温下工作的锅炉、汽轮机、燃气机和内燃机的某些零件或构件通常在钢中加入CrCr、SiSi、AlAl等元素，在高温下形成高熔点、稳定而致密的氧化膜第58页/共60页12 23 34 45 56 67 78 89 910101111121213131414151516161717181819192020660660280280 作业第59页/共60页感谢您的观看。第60页/共60页